一种用于缺磷废水处理的复合活性磷源添加剂及其应用

摘要

本发明提供了一种用于缺磷废水处理的复合活性磷源添加剂，含有质量含量如下的组分：腐植酸钠0.01％～0.5％，卵磷脂0.1％～0.1％，磷酸40％～60％，溶剂为水；还可含有：ATP二钠盐0.005％～0.1％，核苷酸0.005％～0.1％，柠檬酸0.05％～0.4％；本发明复合活性磷源添加剂应用于缺磷废水尤其是造纸废水的处理时，微生物活性利用率高、效果持久，可提高污泥活性，处理效果好，具有重大应用前景。

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种用于缺磷废水处理的复合活性磷源添加剂及其在缺磷废水处理中的应用。

(二)背景技术

造纸术是我国古代的四大发明之一，是我国古代劳动人民智慧的结晶；近代制浆造纸工业也为中国国民经济的发展做出了重要的贡献。然而，在我国的瑰宝应用于今日的工业时，大自然却付出了惨痛的代价。制浆造纸的污染使许多地区水产业、农业的发展及人民健康受到严重危害，因此，国家对环境保护的执法力度不断加大。特别是近十年来我国的造纸工业得到了迅猛发展，造纸工业对环境的污染也越来越严重，解决制浆造纸污染问题已经刻不容缓。

制浆造纸废水通常采用物理-生化的二级处理工艺，以使水质达到排放标准。然而，由于制浆造纸工业废水普遍缺磷，导致废水处理中生化段微生物营养失衡，工业上虽经过投加磷酸盐或工业磷酸等药品补充磷营养，但存在诸多问题：(1)微生物仅能利用溶解的磷营养物质，然而普通工业磷酸或磷酸盐易与废水中的钙盐形成羟基磷灰石沉淀，造成磷营养固化的问题，微生物无法吸收；(2)正是由于磷酸类物质与钙盐等金属离子发生反应，污泥中无机成分增多，污泥沉降性差，影响曝气池处理；(3)一般磷酸盐用量大，工人劳动强度较高，并且由于活性污泥中微生物吸收率不高，出水总磷反而存在超标现象；(4)冬天温度低，易结冰，现场操作条件比较恶劣。

(三)发明内容

本发明目的是为缺磷废水的治理提供一种可提高微生物活性利用率高、效果持久、可提高污泥活性的复合活性磷源添加剂。

本发明采用的技术方案是：

一种用于缺磷废水处理的复合活性磷源添加剂，含有质量含量如下的组分：

腐植酸钠                            0.01％～0.5％(w/v)

卵磷脂                              0.05％～0.5％(w/v)

磷酸                                40％～60％(w/v)

溶剂为水；

所述磷酸质量含量P₂O₅质量计，上述百分比均为质量体积百分比，某组分质量体积百分含量为1％，表示100mL溶液中含有该组分1g。

提高微生物的活性及对磷源的利用率成为解决上述问题的关键。腐植酸类物质已被广泛应用于农业、医药、工业等领域，尤其是腐植酸类物质构成磷肥复合物，能够为农业生产提供高效的磷源。同样的，腐植酸也可以为缺磷废水处理提供高效的磷源。腐植酸是一种广泛存在于土壤、植物、水体中的物质，腐植酸大分子的基本结构是芳环和脂环，环上连有羧基、羟基、羰基、醌基、甲氧基等官能团。腐植酸可以与金属离子发生络合反应，从而防止废水中含有的少量金属离子与磷酸根发生反应生成沉淀，提高微生物对磷的利用率。腐植酸分为黄腐酸、棕腐酸和黑腐酸，其中只有价格昂贵的黄腐酸的水溶性较好。为节省成本，提高其溶解性，因此本发明采用腐植酸钠作为添加剂组分。具体络合反应如下：

Me(H₂PO₄)₂+2HA-COOH→(HACOO)₂Me↓+2H₃PO₄

磷脂是细胞膜的破碎产物，廉价易得，磷脂在微生物体内可经各种磷脂酶作用水解为甘油、脂肪酸、磷酸和各种氨基醇(如胆碱、乙醇胺、丝氨酸等)，从而为微生物提供有机磷源和其他生长所需营养物质。

进一步，所述复合活性磷源添加剂还含有质量含量如下的组分：

ATP二钠盐                    0.005％～0.1％(w/v)

核苷酸                       0.005％～0.1％(w/v)

柠檬酸                       0.05％～0.4％(w/v)

ATP、核苷酸、柠檬酸等微量营养物质可以直接被微生物吸收利用，加快微生物的生长繁殖，从而提高污泥的活性。

优选的，所述复合活性磷源添加剂由质量含量如下的组分组成：

腐植酸钠                     0.1％～0.2％(w/v)

卵磷脂                       0.05％～0.2％(w/v)

ATP二钠盐                    0.01％～0.1％(w/v)

核苷酸                       0.01％～0.1％(w/v)

柠檬酸                       0.1％～0.2％(w/v)

磷酸                         40～60％(w/v)

溶剂为水。

更为优选的，所述复合活性磷源添加剂由质量含量如下的组分组成：

腐植酸钠                     0.15％(w/v)

卵磷脂                       0.1％(w/v)

ATP二钠盐                    0.05％(w/v)

核苷酸                       0.05％(w/v)

柠檬酸                        0.15％(w/v)

磷酸                          50％(w/v)

溶剂为水。

按照配方，将计量的原料腐植酸钠、卵磷脂、ATP钠盐、核苷酸、柠檬酸溶解于水中，与计量的工业磷酸混溶，搅拌、溶解、过滤掉微量不溶物质(腐植酸钠中含有的少量杂质)，得到褐色溶液，即可得到本发明所述复合活性磷源添加剂。

本发明所述的复合活性磷源添加剂可应用于缺磷废水处理中，所述应用为：将所述复合活性磷源添加剂投入用于缺磷废水处理的生化反应池中，按照BOD₅∶N∶P的质量浓度之比为100∶5∶0.1～2投加氮源和活性磷源，对废水进行处理。

本发明的有益效果主要体现在：本发明复合活性磷源添加剂应用于缺磷废水尤其是造纸废水的处理时，微生物活性利用率高、效果持久，可提高污泥活性，处理效果好，具有重大应用前景。

(四)具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例1：

将腐植酸钠1.5g，卵磷脂1g，ATP二钠盐(三磷酸腺苷二钠盐)0.5g，GMP0.5g，柠檬酸1.5g溶解于100mL水中，与500mL 85％(w/w)的工业磷酸混溶，最后加水补足至1000mL，搅拌、溶解、过滤掉微量不溶物质，得到褐色溶液，含磷量约为50％(以P₂O₅计)。

实施例2：

将腐植酸钠2.0g，卵磷脂2.0g，ATP二钠盐(三磷酸腺苷二钠盐)0.1g，GMP0.8g，柠檬酸2.0g溶解于100mL水中，与400mL 85％(w/w)的工业磷酸混溶，最后加水补足至1000mL，搅拌、溶解、过滤掉微量不溶物质，得到褐色溶液，含磷量约为40％(以P₂O₅计)。

实施例3：

将腐植酸钠0.5g，卵磷脂0.5g，ATP二钠盐(三磷酸腺苷二钠盐)1.0g，GMP0.8g，柠檬酸1.0g溶解于100mL水中，与600mL 85％(w/w)的工业磷酸混溶，最后加水补足至1000ml，搅拌、溶解、过滤掉微量不溶物质，得到褐色溶液，含磷量约为60％(以P₂O₅计)。

实施例4：

浙江省富阳八一废水处理厂的生化段曝气池，原水水质为COD 2000mg/L，BOD₅ 1300mg/L，氨氮10mg/L，总磷3mg/L。将取自富阳八一废水处理厂的泥水混合物放入小型曝气池曝气1周，直至达到稳定。取出泥水混合物均分为三份，构成3套除磷源不同外，其余运行条件均相同的反应池。

按m(BOD₅)∶m(N)∶m(P)＝100∶5∶1的浓度比往反应池中投加氮源(投加的氮源均为(NH₄)₂SO₄)与磷源。反应池1投加的磷源为浓度始终不变的无机磷盐NaH₂PO₄·2H₂O(以P计为13mg/L，以P₂O₅计为29mg/L)；反应池2投加的磷源是浓度逐渐降低的复合活性磷(实施例1)，反应池3投加的磷源是浓度逐渐降低的无机磷盐(NaH₂PO₄·2H₂O)(首次投加浓度以P₂O₅计为29mg/L)。每个工况下，反应池2投加的磷是反应池3投加量的1/5(以P₂O₅计)，共运行49d，每隔7天降低一次浓度(每次降低2mg/L)。测定每个工况下各反应池的进出水水质，并对三者的数据进行比较分析，最终发现在运行14天时，投加复合活性磷比投加无机磷源的反应池的CODCr及BOD₅的去除率高5倍左右。在反应49天以后的污泥呼吸强度也略高于投加无机磷的反应池。

实施例5：

实验场地在嘉兴大洋纸业有限公司。原进水水质为BOD₅ 550mg/L，COD 900mg/L，SS 70mg/L。原投加磷源为工业磷酸质量分数为75％，按m(BOD₅)∶m(N)∶m(P)＝100∶5∶1投加氮源与磷源，出水水质为BOD₅ 10mg/L，COD 50mg/L，SS 20mg/L。改用实施例2复合活性磷后，投加方法为：第一阶段1～7天，按照m(BOD₅)∶m(N)∶m(P)＝100∶5∶0.33的比例投加复合活性磷；8～14天，按照m(BOD₅)∶m(N)∶m(P)＝100∶5∶0.22的比例投加复合活性磷；15～21天，按照m(BOD₅)∶m(N)∶m(P)＝100∶5∶0.2的比例投加复合活性磷；21天以后一直按照此投药量进行投加，最终出水水质为BOD5 8mg/L，COD 35mg/L，SS 8mg/L。

实施例6：

实验所用污水为某造纸公司特殊情况下的废水，用于考验抗冲击能力。所用污泥为使用实施例3复合活性磷2个月的生化段污泥。原进水水质为BOD₅ 1200mg/L，COD 3200mg/L，SS 100mg/L。复合活性磷的用量为：按照m(BOD₅)∶m(N)∶m(P)＝100∶5∶0.22的比例投加实施例3复合活性磷；第一周出水水质为BOD₅ 12mg/L，COD 45mg/L，SS 12mg/L；第二周出水水质为BOD₅ 20mg/L，COD 60mg/L，SS 15mg/L。